JPH06283424A - Molecular beam epitaxial growth method and apparatus therefor - Google Patents

Molecular beam epitaxial growth method and apparatus therefor

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JPH06283424A
JPH06283424A JP7227493A JP7227493A JPH06283424A JP H06283424 A JPH06283424 A JP H06283424A JP 7227493 A JP7227493 A JP 7227493A JP 7227493 A JP7227493 A JP 7227493A JP H06283424 A JPH06283424 A JP H06283424A
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JP
Japan
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molecular beam
radical
epitaxial growth
cell
dopant
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Application number
JP7227493A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihisa Fujita
恭久 藤田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make it easy to add dopant in the epitaxial growth. CONSTITUTION:A radical molecular beam emission cell 30 which supplies a dopant is provided with a hot cathode filament and a grid. Electrons emitted from the hot cathode filament are accelerated by the voltage applied between the hot cathode filament and the grid, and caused to strike the dopant material introduced in the radical molecular beam emission cell 30 to produce a radical molecular beam.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は分子線エピタキシャル成
長方法およびその装置に関し、特に、エピタキシャル成
長させる化合物半導体内にドーパントを導入しながら化
合物半導体のエピタキシャル結晶を成長させる分子線エ
ピタキシャル成長方法およびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molecular beam epitaxial growth method and apparatus, and more particularly to a molecular beam epitaxial growth method and apparatus for growing an epitaxial crystal of a compound semiconductor while introducing a dopant into the compound semiconductor to be epitaxially grown.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体のエピタキシャル成長には
分子線エピタキシャル成長法(Molecular Beam Epitax
y, MBE )(以下、MBE法と記載する)や、有機金属
化学気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Depos
ition, MOCVD)(以下、MOCVD法と記載する)など
が一般的に用いられている。
2. Description of the Related Art Molecular beam epitaxy is used for epitaxial growth of compound semiconductors.
y, MBE) (hereinafter referred to as MBE method) and metal organic chemical vapor deposition method (Metal Organic Chemical Vapor Depos
ition, MOCVD) (hereinafter referred to as MOCVD method) and the like are generally used.

【0003】このうちMBE法は、成長させる薄膜を原
子または分子レベルで制御することができ、また異種材
料のエピタキシャル成長(ヘテロ成長)におけるヘテロ
界面の急峻性や平坦性に優れており、低電流化、高出力
化や短波長化への応用が期待できる量子井戸や超格子構
造の作製に対して極めて有利である。さらに、材料の利
用効率が極めて高いなど、工業的利点も大きい。
Among them, the MBE method is capable of controlling the thin film to be grown at the atomic or molecular level, and is excellent in the steepness and flatness of the hetero interface in the epitaxial growth (hetero growth) of different materials. , It is extremely advantageous for fabrication of quantum wells and superlattice structures, which can be expected to be applied to higher output and shorter wavelength. Further, it has industrial advantages such as extremely high material utilization efficiency.

【0004】MBE法においては、超高真空、例えば1
-7〜10-10 torrとされた反応室内に半導体基板
を設置し、出口をこの反応室内に向けて配置された噴出
セルと呼ばれる容器内に成長させる半導体薄膜の原料が
配置されて成長原料が供給される。噴出セルとしてはク
ヌーセンセルなどが代表的なものである。噴出セル内の
原料が加熱されることにより、原料が真空中に分子状
(あるいは原子状)となって蒸発し、これが、特定の方
向を向いた、すなわち半導体基板へと指向する分子のビ
ームとして供給され、半導体基板に到達した分子が半導
体薄膜を形成していくものである。
In the MBE method, an ultrahigh vacuum, for example, 1
A semiconductor substrate is placed in a reaction chamber having a pressure of 0 -7 to 10 -10 torr, and a raw material for a semiconductor thin film to be grown is placed in a container called an ejection cell which is arranged with its outlet facing the reaction chamber. Is supplied. The Knudsen cell or the like is typical as the ejection cell. By heating the raw material in the ejection cell, the raw material evaporates in a vacuum in the form of molecules (or atoms), which becomes a beam of molecules directed in a specific direction, that is, directed to the semiconductor substrate. The molecules supplied and reaching the semiconductor substrate form a semiconductor thin film.

【0005】さらに最近、MBE法において原料として
ガスを導入したガスソース分子線エピタキシャル成長法
(Gas Source Molecular Beam Epitaxy, GSMBE)(以
下、GSMBE法と記載する)なども提唱されている。
More recently, a gas source molecular beam epitaxy (GSMBE) method (hereinafter referred to as a GSMBE method) in which a gas is introduced as a raw material in the MBE method has been proposed.

【0006】ところで、II−VI族の化合物半導体のエピ
タキシャル成長の一例として、砒化ガリウム(GaA
s)基板上へセレン化亜鉛(ZnSe)のエピタキシャ
ル結晶を成長させ、ドーパント(不純物)として窒素
(N)を導入してp型結晶を得る方法がAppl. Phys. 5
7, 2127 (1991) に開示されている。この方法では、M
BE装置において、RFプラズマセルにより窒素を窒素
ラジカル分子ビームとして発生させ、1018cm-3台の
窒素ドーピングされた低抵抗のp型セレン化亜鉛の薄膜
を成長させるものである。
By the way, as an example of epitaxial growth of II-VI group compound semiconductors, gallium arsenide (GaA) is used.
s) A method of growing an epitaxial crystal of zinc selenide (ZnSe) on a substrate and introducing nitrogen (N) as a dopant (impurity) to obtain a p-type crystal is described in Appl. Phys. 5
7 , 2127 (1991). In this way, M
In a BE apparatus, nitrogen is generated as a nitrogen radical molecular beam by an RF plasma cell to grow a low-resistance p-type zinc selenide thin film doped with nitrogen at 10 18 cm −3 level.

【0007】しかしながら、RFプラズマセルを用いて
窒素分子より窒素ラジカル分子ビームを発生させるに
は、気圧条件を10-1〜10-2torr程度にすること
が一般的であるが、MBE法の一般的な適用条件が10
-7〜10-10 torr程度であることから、RFプラズ
マセル内の圧力を維持するために、窒素ラジカルビーム
を基板面に照射するためのセルの射出口を極端に小さく
しなければならず、大きな面積への照射をすることがで
きなかった。また、プラズマを発生させるための高周波
発生装置など高価な周辺装置が必要であるという問題点
があった。
However, in order to generate a nitrogen radical molecular beam from nitrogen molecules using an RF plasma cell, it is common to set the atmospheric pressure condition to about 10 -1 to 10 -2 torr, but the MBE method is generally used. Applicable conditions are 10
Since it is about -7 to 10 -10 torr, in order to maintain the pressure in the RF plasma cell, the exit port of the cell for irradiating the substrate surface with the nitrogen radical beam must be extremely small, It was not possible to irradiate a large area. There is also a problem that expensive peripheral devices such as a high frequency generator for generating plasma are required.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、II−
VI族化合物半導体のエピタキシャル成長においてドーパ
ント添加が容易である分子線エピタキシャル成長方法お
よびその装置を提供することを目的とする。本発明は、
特に、窒素の高濃度添加、半導体化合物の大面積成長が
可能な分子線エピタキシャル成長方法およびその装置を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above.
It is an object of the present invention to provide a molecular beam epitaxial growth method and apparatus that facilitates the addition of a dopant in the epitaxial growth of Group VI compound semiconductors. The present invention is
In particular, it is an object of the present invention to provide a molecular beam epitaxial growth method and apparatus capable of adding a high concentration of nitrogen and growing a semiconductor compound in a large area.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記諸目的は、基板が載
置された反応室内に、成長原料を分子線で供給すると共
に、ラジカル分子ビーム放射セルよりドーパント原料を
ラジカル分子ビームとして該基板に照射しながら、該基
板面に化合物半導体のエピタキシャル結晶を成長させる
分子線エピタキシャル成長方法において、前記ラジカル
分子ビーム放射セル内に熱陰極フィラメントとグリッド
とが設けられ、該熱陰極フィラメントから放出される電
子を該熱陰極フィラメントと該グリッドとの間に電圧を
印加して電子を加速し、ドーパント原料に衝突させるこ
とにより励起させてラジカル分子化し、ラジカル分子ビ
ームとして前記基板に照射することを特徴とする分子線
エピタキシャル成長方法により達成される。本発明の分
子線エピタキシャル成長方法においては、前記イオン化
したドーパント原料のイオン電流を測定することにより
ラジカル分子ビーム量を制御することを特徴とする。
Means for Solving the Problems The above-mentioned objects are to supply a growth raw material by a molecular beam into a reaction chamber in which a substrate is placed, and use a radical molecular beam radiating cell to supply a dopant raw material to the substrate as a radical molecular beam. In the molecular beam epitaxial growth method of growing an epitaxial crystal of a compound semiconductor on the surface of the substrate while irradiating, a hot cathode filament and a grid are provided in the radical molecular beam emitting cell, and electrons emitted from the hot cathode filament are provided. A molecule characterized in that a voltage is applied between the hot cathode filament and the grid to accelerate electrons, which are excited by being made to collide with a dopant raw material to be converted into radical molecules, which are then irradiated to the substrate as a radical molecular beam. This is achieved by the linear epitaxial growth method. The molecular beam epitaxial growth method of the present invention is characterized in that the radical molecular beam amount is controlled by measuring the ion current of the ionized dopant raw material.

【0010】また、上記諸目的は、反応室内に載置され
た基板上に成長させる半導体原料を供給する原料蒸発源
と、該半導体膜成長中にドーパントをラジカル分子ビー
ムとして供給するためのラジカル分子ビーム放射セルと
を有する分子線エピタキシャル成長装置において、前記
ラジカル分子ビーム放射セルが、ラジカル分子ビーム射
出口およびドーパント原料導入口が設けられたセルケー
スと、該セルケース内に設けられた電子を放出する熱陰
極フィラメントと該放出された電子を加速および制御す
るグリッドと、からなることを特徴とする分子線エピタ
キシャル成長装置により達成される。
Further, the above-mentioned various objects are the source evaporation source for supplying the semiconductor source to be grown on the substrate placed in the reaction chamber, and the radical molecule for supplying the dopant as the radical molecule beam during the growth of the semiconductor film. In a molecular beam epitaxial growth apparatus having a beam emission cell, the radical molecular beam emission cell emits a cell case provided with a radical molecular beam emission port and a dopant raw material introduction port, and an electron provided in the cell case. It is achieved by a molecular beam epitaxial growth apparatus comprising a hot cathode filament and a grid for accelerating and controlling the emitted electrons.

【0011】本発明の分子線エピタキシャル成長装置に
おいては、前記ラジカル分子ビーム放射セル内に、イオ
ンの量を測定するためのイオン電流コレクタが設けられ
ていることを特徴とする。
The molecular beam epitaxial growth apparatus of the present invention is characterized in that an ion current collector for measuring the amount of ions is provided in the radical molecular beam emitting cell.

【0012】[0012]

【作用】以上のように構成された本発明の分子線エピタ
キシャル成長方法は、成長させる半導体膜にドーパント
を供給するためのラジカル分子ビームを、ラジカル分子
ビーム放射セル内に設けられた熱陰極フィラメントに電
気を導通して加熱し、そこから放出される電子をグリッ
ドに電圧を印加して加速、制御して、ラジカル分子ビー
ム放射セル内に導入されたドーパント原料に衝突させて
ドーパント原料を励起せしめ、もって、ドーパントとし
て供給させるラジカル分子を発生させるものである。
According to the molecular beam epitaxial growth method of the present invention configured as described above, the radical molecular beam for supplying the dopant to the semiconductor film to be grown is electrically supplied to the hot cathode filament provided in the radical molecular beam emission cell. To heat the electrons, and accelerate and control the electrons emitted from them by applying a voltage to the grid to collide with the dopant raw material introduced into the radical molecular beam emission cell to excite the dopant raw material. , Which generate radical molecules to be supplied as a dopant.

【0013】このため,ラジカル分子発生をプラズマ発
生の圧力条件に左右されることなく行えるので、ラジカ
ル分子ビーム放射セル内部の圧力を、反応室と同じ程度
の高真空状態とすることができるようになり、ラジカル
分子ビームの放射口を大きくとることができ、大きな面
積への照射が可能となる。
Therefore, since radical molecules can be generated without being influenced by the pressure condition for plasma generation, the pressure inside the radical molecule beam radiating cell can be set to a high vacuum state as high as that in the reaction chamber. Therefore, the radiation port of the radical molecular beam can be made large, and irradiation of a large area can be achieved.

【0014】本発明の分子線エピタキシャル成長装置
は、成長させる半導体膜にドーパントを供給するラジカ
ル分子ビームを放射するラジカル分子ビーム放射セル内
に、電子を放出する熱陰極フィラメントと、放出された
電子を加速、制御するグリッドとによって構成したこと
で、プラズマ発生用の高周波発生装置等が不要となり、
装置構成を簡略化することができる。
In the molecular beam epitaxial growth apparatus of the present invention, a hot cathode filament that emits electrons and an emitted electron are accelerated in a radical molecular beam emission cell that emits a radical molecular beam that supplies a dopant to a semiconductor film to be grown. Since it is configured with a control grid, a high frequency generator for plasma generation is unnecessary,
The device configuration can be simplified.

【0015】また、反応室に供給するラジカル電子ビー
ムの量は、ラジカル電子ビーム照射セル内にイオン電流
コレクタを設けることにより、ドーパント原料がイオン
化する際に電離したイオン量を電流値として知ることが
できるので、ラジカル分子の発生量を直接知ることがで
きる。これによって、熱陰極フィラメントからの電子放
出量や放出された電子の加速量、または、ドーパント原
料の供給量を制御することにより、ラジカル分子ビーム
の供給量の制御を容易に行うことが可能である。
Further, the amount of radical electron beam supplied to the reaction chamber can be known as the current value of the amount of ions ionized when the dopant raw material is ionized by providing an ion current collector in the radical electron beam irradiation cell. Therefore, it is possible to directly know the generation amount of radical molecules. With this, it is possible to easily control the supply amount of the radical molecular beam by controlling the electron emission amount from the hot cathode filament, the acceleration amount of the emitted electrons, or the supply amount of the dopant raw material. .

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples.

【0017】初めに、本発明の分子線エピタキシャル成
長装置について説明する。図1は、本発明のMBE装置
の一実施例の概略図である。
First, the molecular beam epitaxial growth apparatus of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the MBE apparatus of the present invention.

【0018】このMBE装置1は、内部を超高真空状態
に保つための液体窒素シュラウド10よりなる反応室2
と、反応室2内部に設けられた半導体膜をエピタキシャ
ル成長させる基板20を載置する、グラファイトなどに
より形成された基板ホルダー3と、ホルダー3に載置さ
れた基板20を保持する固定具11と、半導体膜の原料
が反応室2内に分子状(あるいは原子状)となって蒸発
し、基板20へと指向する分子のビームとして供給する
ヌクーセンセル等の原料蒸発源4および5と、ドーパン
トをラジカル分子ビームとして供給するラジカル分子ビ
ーム放射セル30と、によって構成される。なお、MB
E装置には通常、基板1の載置、取り外しなどの基板移
動を行うマニピュレータ、反応室2内のイオン量を測定
するイオンゲージ、基板の交換を行う予備室、反応室2
内およびラジカル分子ビーム放射セル30内を減圧する
真空ポンプおよび各種電気配線や原料供給用の配管等、
また、必要により成長したエピタキシャル膜の成長量や
状態を観察するための電子線解析装置などが設けられて
いるが、図示する場合にはこれらは省略した。
The MBE apparatus 1 comprises a reaction chamber 2 including a liquid nitrogen shroud 10 for keeping the inside of the chamber in an ultrahigh vacuum state.
A substrate holder 3 made of graphite or the like, on which a substrate 20 for epitaxially growing a semiconductor film, which is provided inside the reaction chamber 2, is placed, and a fixture 11 for holding the substrate 20 placed on the holder 3. Raw material vaporization sources 4 and 5 such as Nukusen cells that supply the semiconductor film raw material as a molecular beam (or atomic form) and evaporate in the reaction chamber 2 to direct it to the substrate 20, and a radical molecule as a dopant. Radical molecular beam emission cell 30 for supplying as a beam. In addition, MB
The E apparatus is usually a manipulator for moving the substrate such as placing and removing the substrate 1, an ion gauge for measuring the amount of ions in the reaction chamber 2, a preparatory chamber for exchanging the substrate, and a reaction chamber 2.
A vacuum pump for decompressing the inside and the inside of the radical molecular beam radiating cell 30 and various electric wiring and piping for supplying raw materials,
Further, although an electron beam analyzer for observing the growth amount and state of the grown epitaxial film is provided as necessary, these are omitted in the drawing.

【0019】図2にこのMBE装置に設けられているラ
ジカル電子ビーム放射セル30を説明するための拡大図
を示す。ラジカル電子ビーム放射セル30は、ドーパン
トのラジカル分子ビームが基板20方向へ放射される放
射口40およびドーパント原料ガスをラジカル分子ビー
ム放射セル30内へ導くドーパント原料導入口41が設
けられたセルケース31と、セルケース31内に納めら
れた、電子を放出する熱陰極フィラメント32と、放出
された電子を加速し、制御するグリッド33と、セル3
0内のイオン電流を測定するイオン電流コレクタ34
と、からなる。
FIG. 2 is an enlarged view for explaining the radical electron beam emitting cell 30 provided in this MBE apparatus. The radical electron beam radiating cell 30 is provided with a cell case 31 provided with a radiant port 40 through which a radical molecular beam of a dopant is radiated toward the substrate 20 and a dopant raw material inlet 41 for guiding a dopant raw material gas into the radical molecular beam radiating cell 30. A hot cathode filament 32 for emitting electrons, which is housed in the cell case 31, a grid 33 for accelerating and controlling the emitted electrons, and a cell 3
Ion current collector 34 for measuring ion current in 0
And consists of.

【0020】なお、熱陰極フィラメント32およびグリ
ッド33にはそれぞれ必要な電力が図示しない電源より
供給されるリード線42および43が接続され、またイ
オン電流コレクタ34には測定された電流値を図示しな
い制御装置等に伝えるリード線44が接続されている。
The hot cathode filament 32 and the grid 33 are connected to lead wires 42 and 43, respectively, which supply necessary power from a power source (not shown), and the ion current collector 34 does not show the measured current value. A lead wire 44 for connecting to a control device or the like is connected.

【0021】次に、本発明の分子線エピタキシャル成長
方法の一例を、上述のMBE装置を用い、砒化ガリウム
(GaAs)基板上に、ドーパントとして窒素(N)を
導入したp型セレン化亜鉛(ZnSe)のエピタキシャ
ル結晶を成長させる方法により説明する。
Next, as an example of the molecular beam epitaxial growth method of the present invention, p-type zinc selenide (ZnSe) in which nitrogen (N) is introduced as a dopant on a gallium arsenide (GaAs) substrate using the above MBE apparatus. The method for growing the epitaxial crystal will be described.

【0022】まず、反応室2内の圧力を10-9torr
程度の超高真空状態に減圧する。このとき、ラジカル分
子ビーム放射セル30内の圧力は、ラジカル分子ビーム
放射口より引かれて、膜成長中は、ドーパント原料がラ
ジカル分子ビーム放射セル30内に導かれているので、
10-7torr程度となる。
First, the pressure in the reaction chamber 2 is set to 10 -9 torr.
Reduce the pressure to an ultra-high vacuum level. At this time, the pressure in the radical molecular beam emission cell 30 is drawn from the radical molecular beam emission port, and the dopant raw material is introduced into the radical molecular beam emission cell 30 during film growth.
It will be about 10 −7 torr.

【0023】そして、原料蒸発源4および5にセットさ
れたセレンおよび亜鉛が加熱蒸発され、分子として基板
20方向に放出され、同時に、ドーパントである窒素の
ラジカル分子がラジカル分子ビーム放射セル30から基
板に向けて放射されることによりp型セレン化亜鉛のエ
ピタキシャル結晶が成長される。成長するセレン化亜鉛
の成長速度は1μm/hで、成長温度は300℃であ
り、導入されるドーパントは、ラジカル分子ビーム放射
セル30に導かれる窒素ガスの量を0.5cc/min
とした場合、7×10-17 cm-3となる。
Then, the selenium and zinc set in the source evaporation sources 4 and 5 are heated and evaporated, and are released as molecules toward the substrate 20. At the same time, radical molecules of nitrogen, which is a dopant, are released from the radical molecular beam emitting cell 30 into the substrate. By radiating toward the p-type zinc selenide epitaxial crystal. The growth rate of the zinc selenide to be grown is 1 μm / h, the growth temperature is 300 ° C., and the dopant to be introduced is 0.5 cc / min of the amount of nitrogen gas introduced into the radical molecular beam emission cell 30.
In the case of, it becomes 7 × 10 −17 cm −3 .

【0024】ラジカル分子ビーム放射セル30からの窒
素のラジカル分子ビームの放射は、ラジカル分子ビーム
放射セル30内の熱陰極フィラメント32が加熱されて
放出された電子が、グリッド33に引き込まれることに
より加速されて、ラジカル分子ビーム放射セル30内に
ドーパント原料導入口41より導かれた窒素ガスと衝突
することにより、窒素分子を励起してラジカル分子を発
生させることにより行われる。電子を加速するための熱
陰極フィラメント32とグリッド33にかける電圧は、
100〜300V程度である。
Radiation of the nitrogen radical molecular beam from the radical molecular beam emission cell 30 is accelerated by heating the hot cathode filament 32 in the radical molecular beam emission cell 30 and drawing the emitted electrons into the grid 33. Then, by colliding with the nitrogen gas introduced from the dopant raw material introduction port 41 in the radical molecule beam radiating cell 30, the nitrogen molecules are excited to generate radical molecules. The voltage applied to the hot cathode filament 32 and the grid 33 for accelerating the electrons is
It is about 100 to 300V.

【0025】セレン化亜鉛成長中の窒素ラジカルの量の
制御およびラジカル分子ビーム放射セル30内の圧力
は、ラジカル分子ビーム放射セル30内に設けられ、−
10〜−40V程度の電圧をかけたイオン電流コレクタ
34によって、窒素分子が電離した際に発生する正イオ
ン量を電流として測定する。これを元に、ラジカル分子
ビーム放射セル30内に導く窒素ガスの量と熱陰極フィ
ラメント32に流す電流値を制御して、ラジカル分子の
発生量の制御を行う。なお、このイオン発生量はセル3
0内の分子が多重衝突を起こさない条件(約10-4to
rr以下)ではラジカル分子の発生量と比例関係にあ
る。
The control of the amount of nitrogen radicals during the growth of zinc selenide and the pressure in the radical molecular beam emitting cell 30 are provided in the radical molecular beam emitting cell 30,
The amount of positive ions generated when the nitrogen molecules are ionized is measured as a current by the ion current collector 34 applied with a voltage of about 10 to −40V. Based on this, the amount of nitrogen gas introduced into the radical molecule beam radiating cell 30 and the value of current flowing through the hot cathode filament 32 are controlled to control the amount of radical molecules generated. In addition, this ion generation amount is the cell 3
The condition that molecules in 0 do not cause multiple collisions (about 10 -4 to
rr or less), there is a proportional relationship with the amount of radical molecules generated.

【0026】上述したように本発明の分子線エピタキシ
ャル成長方法およびその装置を用いて、砒化ガリウム基
板上に低抵抗で良好な膜質のp型セレン化亜鉛の結晶を
成長させることができる。
As described above, by using the molecular beam epitaxial growth method and apparatus of the present invention, it is possible to grow a p-type zinc selenide crystal of low resistance and excellent film quality on a gallium arsenide substrate.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の分子線エ
ピタキシャル成長方法およびその装置は、ドーパントを
供給するラジカル分子ビームを熱陰極フィラメントから
放出される電子を加速して、ドーパント原料に衝突させ
て励起させることにより発生させているので、ラジカル
分子ビーム放射セル内の圧力を反応室の減圧にともない
超高真空状態となっても差支えないので、MBE装置に
好適であり、RFプラズマセルを用いた装置と比較し
て、高周波発生装置などの周辺装置が不要となり装置構
成を簡略化することが可能となる。
As described above, according to the molecular beam epitaxial growth method and apparatus of the present invention, the radical molecular beam for supplying the dopant accelerates the electrons emitted from the hot cathode filament to collide with the dopant raw material. Since it is generated by excitation, it does not matter if the pressure in the radical molecular beam emission cell becomes an ultra-high vacuum state due to the decompression of the reaction chamber. Therefore, it is suitable for the MBE apparatus, and the RF plasma cell was used. As compared with the device, peripheral devices such as a high frequency generator are not needed, and the device configuration can be simplified.

【0028】また、ラジカル分子ビーム放射セル内に設
けられたイオン電流コレクタによりラジカル分子の発生
量を直接知ることができる。
Further, the generation amount of radical molecules can be directly known by the ion current collector provided in the radical molecule beam radiating cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の分子線エピタキシャル成長装置を説
明するための概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a molecular beam epitaxial growth apparatus of the present invention.

【図2】 本発明の分子線エピタキシャル成長装置に設
けられているラジカル分子ビーム放射セルの拡大図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged view of a radical molecular beam emission cell provided in the molecular beam epitaxial growth apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…分子線エピタキシャル装置、 2…反応室、
3…基板ホルダー、 4、5…原料
蒸発源、10…液体窒素シュラウド、 11
…固定具、20…基板、30…ラジカル分子ビーム放射
セル、 31…セルケース、32…熱陰極フィラメン
ト、 33…グリッド、34…イオン電流コ
レクタ、 40…ラジカル分子ビーム放射
口、41…ドーパント原料導入口、 42、4
3、44…リード線。
1 ... Molecular beam epitaxial device, 2 ... Reaction chamber,
3 ... Substrate holder, 4, 5 ... Raw material evaporation source, 10 ... Liquid nitrogen shroud, 11
... Fixing device, 20 ... Substrate, 30 ... Radical molecular beam emitting cell, 31 ... Cell case, 32 ... Hot cathode filament, 33 ... Grid, 34 ... Ion current collector, 40 ... Radical molecular beam emitting port, 41 ... Dopant raw material introduction Mouth, 42, 4
3, 44 ... Lead wire.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板が載置された反応室内に、成長原料
を分子線で供給すると共に、ラジカル分子ビーム放射セ
ルよりドーパント原料をラジカル分子ビームとして該基
板に照射しながら、該基板面に化合物半導体のエピタキ
シャル結晶を成長させる分子線エピタキシャル成長方法
において、 前記ラジカル分子ビーム放射セル内に熱陰極フィラメン
トとグリッドとが設けられ、該熱陰極フィラメントから
放出される電子を該熱陰極フィラメントと該グリッドと
の間に電圧を印加して電子を加速し、ドーパント原料に
衝突させることにより励起させてラジカル分子化し、ラ
ジカル分子ビームとして前記基板に照射することを特徴
とする分子線エピタキシャル成長方法。
1. A compound is deposited on a surface of a substrate while irradiating the substrate with a growth material by a molecular beam and irradiating the substrate with a dopant material as a radical molecular beam from a radical molecular beam emission cell. In the molecular beam epitaxial growth method for growing an epitaxial crystal of a semiconductor, a hot cathode filament and a grid are provided in the radical molecular beam emitting cell, and electrons emitted from the hot cathode filament are separated from the hot cathode filament and the grid. A molecular beam epitaxial growth method, characterized in that a voltage is applied between them to accelerate electrons, which are excited by being made to collide with a dopant raw material to be radical molecules, and the radical substrate is irradiated as a radical molecular beam.
【請求項2】 前記イオン化したドーパント原料のイオ
ン電流を測定することによりラジカル分子ビーム量を制
御することを特徴とする請求項1記載の分子線エピタキ
シャル成長方法。
2. The molecular beam epitaxial growth method according to claim 1, wherein the radical molecular beam amount is controlled by measuring an ion current of the ionized dopant raw material.
【請求項3】 反応室内に載置された基板上に成長させ
る半導体原料を供給する原料蒸発源と、該半導体膜成長
中にドーパントをラジカル分子ビームとして供給するた
めのラジカル分子ビーム放射セルとを有する分子線エピ
タキシャル成長装置において、 前記ラジカル分子ビーム放射セルが、 ラジカル分子ビーム射出口およびドーパント原料導入口
が設けられたセルケースと、 該セルケース内に設けられた電子を放出する熱陰極フィ
ラメントと該放出された電子を加速および制御するグリ
ッドと、からなることを特徴とする分子線エピタキシャ
ル成長装置。
3. A raw material evaporation source for supplying a semiconductor raw material to be grown on a substrate placed in a reaction chamber, and a radical molecular beam emission cell for supplying a dopant as a radical molecular beam during the growth of the semiconductor film. In the molecular beam epitaxial growth apparatus having, the radical molecular beam emitting cell includes a cell case provided with a radical molecular beam emission port and a dopant material introduction port, a hot cathode filament for emitting electrons provided in the cell case, and A molecular beam epitaxial growth apparatus comprising: a grid for accelerating and controlling emitted electrons.
【請求項4】 前記ラジカル分子ビーム放射セル内に、
イオンの量を測定するためのイオン電流コレクタが設け
られていることを特徴とする請求項3記載の分子線エピ
タキシャル成長装置。
4. In the radical molecular beam emitting cell,
The molecular beam epitaxial growth apparatus according to claim 3, further comprising an ion current collector for measuring the amount of ions.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732957A (en) * 2012-06-29 2012-10-17 中国科学院半导体研究所 Doped semiconductor growth equipment and method

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